9 Какие градации содержит шкала скорости ветра.

Ветер со скоростью порядка 5 – 8 м/с считается умеренным, выше 14 м/с – сильным; выше 20 – 25 м/с – штормовым, а выше 30 – 35 м/с – ураганом. При порывах и сильных шквалах скорость ветра может превышать 50 м/с, а в отдельных случаях достигать 100 и более м/с. Наличие сильных колебаний режима ветра, обусловленных турбулентностью, отмечается особо как порывистость или шквальность.

Мощность воздушного потока представляется как энергия, поступающая через его сечение площадью 1м², расположенное перпендикулярно его направлению. Величина развиваемой мощности зависит от плотности воздуха , скорости его движения и определяется выражением:

Диапазон изменения скорости ветра - от 0 (затишье) до 50 - 70 м\с (шторм, ураган) определяет широкие возможности использования его энергии.

Ветер – особый энергоноситель: при изменении его скорости, например, на 20% от 5 до 6 м\с мощность изменяется на 72,8%, при увеличении скорости в 5 раз, от 6 до 30 м\с его удельная мощность увеличивается в 125 раз. Аналогично, но только в обратном направлении изменяется мощность ветра при уменьшении его скорости.

В параметры скорости ветра входит ряд показателей – порывистость, шквальность и максимальная скорость в порыве

Порывистость ветра – наличие в воздушном потоке значительных колебаний скорости и направления с временными интервалами в несколько десятков секунд.

Шквальность – резкое усиление и ослабление ветра в течение короткого времени, сопровождающегося также изменениями его направления, продолжительностью несколько минут или десятков минут.

Ветер со скоростью порядка 5 – 8 м/с считается умеренным, выше 14 м/с – сильным; выше 20 – 25 м/с – штормовым, а выше 30 – 35 м/с – ураганом. При порывах и сильных шквалах скорость ветра может превышать 50 м/с, а в отдельных случаях достигать 100 и более м/с. У поверхности Земли на небольших участках и на короткое время может устанавливаться полное безветрие – штиль

В связи с тем, что скорость ветра непрерывно меняется по величине используется понятие «среднесрочная» скорость, куда входит среднее значение за определенный интервал времени. Так, при сред­нечасовой скорости ветра 30 м/с изменение её за 2 сосед­них часа было в пределах от 9,8 до 32,4 м/с.

При порывах и сильных шквалах максимальная скорость ветра у поверхности земли может превышать 50 м/с, а в отдельных случаях достигать 100 и более м/с. Это необходимо учитывать при разработке и изготовлении ветродвигателя, редуктора и электрического генератора. Для получения максимальной мощности ветроколеса при изменении скорости ветра в размерности м/с² необходимо изменять соответственно угол установки его лопастей.

10 Какие характеристики имеет направление ветра

Для обозначения направления указывают «румб», либо угол, который образует горизонтальный вектор скорости с меридианом, причем север принимается за 360 или 0, восток за 90, юг – за 180, запад за 270. Румб – это направление относительно сторон света. В метеорологии принято разделять окружность горизонта на 16 румбов, 1 румб соответствует 22,5. Главными называют направления на север (С), юг (Ю), запад (З), восток (В). Названия 12 других румбов являются комбинациями названий главных румбов, например, северо-восток (СВ); северо-северо-восток (ССВ), юго-юго-запад (ЮЮЗ). Скорость и направление ветра всегда в большей или меньшей степени непрерывно колеблются, поэтому их обычно определяют, как осредненные величины за некоторый промежуток времени.

Циркуляции обеспечивает существование постоянной, устойчивой ветровой системы - северо-западной и соответственно юго-восточной вследствие отклонения воздушных масс через ось вращения Земли.

Дальнейшее развитие циркуляции происходит с образованием двух больших циркуляций – муссонов, пассатов и тропических циклонов.

Муссоны – устойчивые ветры в переменно противоположных направлениях, меняющихся два раза в год. Зимние муссоны чаще направлены с суши на океан, летние – с океана на сушу и сопровождаются обильными осадками..

Пассаты – устойчивые на протяжении года воздушные течения в тропических широтах над океанами. В Северном полушарии направление пассатов преимущественно северо-западное, в Южном – юго-восточное.. Над пассатами в противоположном им направлении дуют антипассаты.

Циклоны – области пониженного давления размерами в несколько тысяч км, образуются системой ветров, дующих против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке – в Южном, скорость ветра в циклоне достигает 100 м/с и выше. Существуют также антициклоны – области повышенного давления, размерами также в несколько тысяч км, образующиеся системой ветров, дующих по часовой стрелке в Северном полушарии и против – в Южном, характеризующиеся слабыми ветрами.

Направление ветра измеряется флюгерами разных типов и изображается в виде «розы ветров», суммирующей результаты всех наблюдений по срокам наблюдения с усреднениями. Направление ветра является самым сложным параметром воздушных течений при реализации его энергии для выработки электроэнергии. Дело в том, что полноценное восприятие энергии ветра ветродвигателем достигается лишь тогда, когда плоскость ветровоспринимающей поверхности традиционного пропеллерного ветроколеса строго перпендикулярна направлению ветра.

Направление ветра измеряется флюгерами разных типов и изображается в виде «розы ветров», суммирующей результаты всех наблюдений по срокам наблюдения с усреднениями.

В Метеорологическом бюллетене направление ветра характеризуется в таких категориях,

как «ветер западных направлений, ветер северных направлений, ветер юго – восточный,

ветер юго – восточный с переходом на западный» и тому подобное, при этом фиксируется в % повторяемость направления по 8 румбам во времени.

Годовая роза ветров

О собо важным для пропеллерных ветроагрегатов являются такие параметры ветра, как частота смены направления, скорость изменения направления, длительность случая существования ветра в одном направлении, поскольку плоскость вращения ветроколеса должна быть перпендикулярна направлению ветра в каждый момент времени. Это определяет тяговое усилие лопастей и в конечном итоге мощность ветроагрегата и выработку энергии.

При отклонении угла встречи потока с плоскостью вращения ветроколеса пропеллерных ветроагрегатов от 90º мощность их уменьшается вплоть до 0.

Влияние соответствия угла установки ветроколеса «на ветер» может быть учтено введением в формулу, определяющую мощность ветроколеса параметра «коэффициент использования направления» (КИН) – Cоsυ, изменяющегося от 1 до 0, где υ - угол между плоскостью вращения ветроколеса и вектором скорости набегающего потока воздуха, а также «коэффициента использования направления» z, характеризующего изменчивость направления ветра во времени с размерностью º/С. кВт, здесь F – площадь ветровоспринимающей поверхности